Apakah julat cerapan mikroskop cahaya dan mikroskop elektron
Struktur mikroskop optik Mikroskop optik biasanya terdiri daripada peringkat, sistem pencahayaan pemeluwap, kanta objektif, kanta mata dan mekanisme pemfokusan. Pentas digunakan untuk memegang objek yang akan diperhatikan. Mekanisme pemfokusan boleh didorong oleh tombol pemfokusan untuk membuat pentas bergerak ke atas dan ke bawah untuk pelarasan kasar dan pelarasan halus, supaya objek yang diperhatikan dapat difokuskan dan diimej dengan jelas.
Lapisan atasnya boleh digerakkan dan diputar dengan tepat dalam satah mendatar, dan bahagian yang diperhatikan biasanya diselaraskan ke tengah medan pandangan. Sistem pencahayaan lampu sorot terdiri daripada sumber cahaya dan kanta pemeluwap. Fungsi kanta pemeluwap adalah untuk menumpukan lebih banyak tenaga cahaya kepada bahagian yang diperhatikan. Ciri-ciri spektrum penerang mesti disesuaikan dengan jalur kerja penerima mikroskop.
Kanta objektif terletak berhampiran objek yang diperhatikan dan merupakan kanta yang merealisasikan pembesaran peringkat pertama. Beberapa kanta objektif dengan pembesaran berbeza dipasang pada penukar kanta objektif pada masa yang sama, dan kanta objektif dengan pembesaran berbeza boleh memasuki laluan optik berfungsi dengan memutarkan penukar. Pembesaran kanta objektif biasanya 5 hingga 100 kali. Kanta objektif ialah elemen optik yang memainkan peranan penting dalam kualiti imej dalam mikroskop.
Objektif akromatik yang biasa digunakan yang boleh membetulkan penyimpangan kromatik untuk dua warna cahaya; objektif apokromatik berkualiti tinggi yang boleh membetulkan penyimpangan kromatik untuk tiga warna cahaya; boleh memastikan bahawa keseluruhan satah imej kanta objektif adalah satah, untuk meningkatkan bidang pandangan Objektif medan rata dengan kualiti pengimejan marginal. Objektif rendaman cecair sering digunakan dalam kanta objektif berkuasa tinggi, iaitu, indeks biasan 1 diisi antara permukaan bawah kanta objektif dan permukaan atas helaian spesimen.
5 atau lebih, ia boleh meningkatkan dengan ketara resolusi pemerhatian mikroskopik. Kanta mata ialah kanta yang terletak berhampiran mata manusia untuk mencapai pembesaran tahap kedua, dan pembesaran cermin biasanya 5 hingga 20 kali ganda. Mengikut saiz medan pandangan yang boleh dilihat, kanta mata boleh dibahagikan kepada kanta mata biasa dengan medan pandangan yang lebih kecil dan kanta mata bidang besar (atau kanta mata sudut lebar) dengan medan pandangan yang lebih besar.
Kedua-dua peringkat dan kanta objektif mesti boleh bergerak relatif kepada paksi optik kanta objektif untuk mencapai pelarasan fokus dan mendapatkan imej yang jelas. Apabila bekerja dengan kanta objektif pembesaran tinggi, julat pemfokusan yang dibenarkan selalunya lebih kecil daripada mikron, jadi mikroskop mesti mempunyai mekanisme pemfokusan mikro yang sangat tepat. Had pembesaran mikroskop adalah pembesaran berkesan, dan resolusi mikroskop merujuk kepada jarak minimum antara dua titik objek yang boleh dibezakan dengan jelas oleh mikroskop.
Resolusi dan pembesaran adalah dua konsep yang berbeza tetapi berkaitan. Apabila apertur berangka kanta objektif yang dipilih tidak cukup besar, iaitu resolusi tidak cukup tinggi, mikroskop tidak dapat membezakan struktur halus objek. Pada masa ini, walaupun pembesaran meningkat secara berlebihan, hanya imej dengan garis besar tetapi butiran yang tidak jelas boleh diperolehi. , dipanggil pembesaran tidak berkesan.
Sebaliknya, jika resolusi telah memenuhi keperluan dan pembesaran tidak mencukupi, mikroskop mempunyai keupayaan untuk menyelesaikan, tetapi imej terlalu kecil untuk dilihat dengan jelas oleh mata manusia. Oleh itu, untuk memberikan permainan sepenuhnya kepada kuasa penyelesaian mikroskop, apertur berangka harus dipadankan dengan munasabah dengan jumlah pembesaran mikroskop. Sistem pencahayaan pekat mempunyai pengaruh yang besar terhadap prestasi pengimejan mikroskop, tetapi ia juga merupakan pautan yang mudah diabaikan oleh pengguna.
Fungsinya adalah untuk memberikan pencahayaan yang mencukupi dan seragam permukaan objek. Rasuk dari pemeluwap sepatutnya dapat mengisi sudut apertur kanta objektif, jika tidak, resolusi tertinggi yang boleh dicapai oleh kanta objektif tidak dapat digunakan sepenuhnya. Untuk tujuan ini, pemeluwap disediakan dengan diafragma apertur berubah-ubah yang serupa dengan objektif fotografi, dan saiz apertur boleh dilaraskan untuk melaraskan apertur pancaran pencahayaan agar sepadan dengan sudut apertur objektif.
Dengan menukar kaedah pencahayaan, anda boleh mendapatkan kaedah pemerhatian yang berbeza seperti titik objek gelap pada latar belakang terang (dipanggil pencahayaan medan terang) atau titik objek terang pada latar belakang gelap (dipanggil pencahayaan medan gelap), supaya dapat menemui dengan lebih baik dalam situasi berbeza. dan perhatikan struktur mikro. Mikroskop elektron ialah alat yang menggantikan pancaran cahaya dan kanta optik dengan pancaran elektron dan kanta elektron mengikut prinsip optik elektron, supaya struktur halus jirim boleh digambarkan di bawah pembesaran yang sangat tinggi.
Kuasa penyelesaian mikroskop elektron dinyatakan dengan jarak terkecil antara dua titik bersebelahan yang boleh diselesaikannya. Pada tahun 1970s, resolusi mikroskop elektron penghantaran adalah kira-kira 0.3 nanometer (kuasa peleraian mata manusia ialah kira-kira 0.1 mm). Sekarang pembesaran maksimum mikroskop elektron adalah lebih daripada 3 juta kali, dan pembesaran maksimum mikroskop optik adalah kira-kira 2000 kali, jadi atom-atom logam berat tertentu dan kekisi atom yang tersusun rapi dalam kristal boleh terus diperhatikan melalui mikroskop elektron.
Pada tahun 1931, Knorr-Bremse dan Ruska di Jerman mengubah suai osiloskop voltan tinggi dengan sumber elektron nyahcas katod sejuk dan tiga kanta elektron, dan memperoleh imej yang diperbesarkan lebih daripada sepuluh kali, yang mengesahkan kemungkinan pengimejan pembesar oleh mikroskop elektron. . . Pada tahun 1932, selepas penambahbaikan Ruska, kuasa penyelesaian mikroskop elektron mencapai 50 nanometer, iaitu kira-kira sepuluh kali ganda kuasa penyelesaian mikroskop optik pada masa itu, jadi mikroskop elektron mula menarik perhatian orang ramai.
Pada 1940s, Hill di Amerika Syarikat menggunakan astigmatist untuk mengimbangi asimetri putaran kanta elektron, yang membuat satu kejayaan baharu dalam kuasa penyelesaian mikroskop elektron dan secara beransur-ansur mencapai tahap moden. Di China, mikroskop elektron penghantaran berjaya dibangunkan pada tahun 1958 dengan resolusi 3 nanometer, dan pada tahun 1979 ia dibuat dengan resolusi 0.
Mikroskop elektron besar 3 nm. Walaupun kuasa penyelesaian mikroskop elektron jauh lebih baik daripada mikroskop optik, sukar untuk memerhati organisma hidup kerana mikroskop elektron perlu berfungsi di bawah keadaan vakum, dan penyinaran pancaran elektron juga akan menyebabkan kerosakan sinaran kepada sampel biologi. Isu lain, seperti peningkatan kecerahan pistol elektron dan kualiti kanta elektron, juga perlu dikaji lebih lanjut.
Kuasa penyelesaian ialah penunjuk penting mikroskop elektron, yang berkaitan dengan sudut kon kejadian dan panjang gelombang pancaran elektron yang melalui sampel. Panjang gelombang cahaya kelihatan adalah kira-kira 300 hingga 700 nanometer, manakala panjang gelombang pancaran elektron berkaitan dengan voltan pecutan. Apabila voltan pecutan ialah 50-100 kV, panjang gelombang rasuk elektron ialah kira-kira 0.
0053 hingga 0.0037 nm. Oleh kerana panjang gelombang pancaran elektron adalah jauh lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya yang boleh dilihat, walaupun sudut kon pancaran elektron hanya 1 peratus daripada mikroskop optik, kuasa penyelesaian mikroskop elektron masih jauh lebih baik daripada itu. daripada mikroskop optik. Mikroskop elektron terdiri daripada tiga bahagian: tiub kanta, sistem vakum dan kabinet bekalan kuasa.
Tong kanta terutamanya termasuk pistol elektron, kanta elektron, pemegang sampel, skrin pendarfluor dan mekanisme kamera, yang biasanya dipasang ke dalam silinder dari atas ke bawah; sistem vakum terdiri daripada pam vakum mekanikal, pam resapan dan injap vakum, dsb. Saluran paip gas disambungkan dengan tong kanta; kabinet bekalan kuasa terdiri daripada penjana voltan tinggi, penstabil arus pengujaan dan pelbagai unit pelarasan dan kawalan.
Kanta elektron adalah bahagian terpenting dalam laras mikroskop elektron. Ia menggunakan medan elektrik spatial atau medan magnet yang simetri kepada paksi tong kanta untuk membengkokkan trajektori elektron ke paksi untuk membentuk pemfokusan. Fungsinya adalah serupa dengan kanta cembung kaca untuk memfokuskan rasuk, jadi ia dipanggil elektron. kanta. Kebanyakan mikroskop elektron moden menggunakan kanta elektromagnet, yang memfokuskan elektron oleh medan magnet yang kuat yang dihasilkan oleh arus pengujaan DC yang sangat stabil melalui gegelung dengan kasut tiang.
Pistol elektron adalah komponen yang terdiri daripada katod panas filamen tungsten, grid dan katod. Ia boleh memancarkan dan membentuk pancaran elektron dengan kelajuan seragam, jadi kestabilan voltan pecutan tidak kurang daripada 1/10,000. Mikroskop elektron boleh dibahagikan kepada mikroskop elektron penghantaran, mikroskop elektron pengimbasan, mikroskop elektron pantulan dan mikroskop elektron pelepasan mengikut struktur dan penggunaannya.
Mikroskop elektron penghantaran sering digunakan untuk memerhati struktur bahan halus yang tidak dapat dibezakan oleh mikroskop biasa; mikroskop elektron pengimbasan digunakan terutamanya untuk memerhati morfologi permukaan pepejal, dan juga boleh digabungkan dengan difraktometer sinar-X atau spektrometer tenaga elektron untuk membentuk elektron. Mikroprob untuk analisis komposisi bahan; Mikroskopi Elektron Pelepasan untuk kajian permukaan elektron pemancar sendiri.
Mikroskop elektron unjuran dinamakan sempena pancaran elektron menembusi sampel dan kemudian menggunakan kanta elektron untuk imej dan pembesaran. Laluan optiknya adalah serupa dengan mikroskop optik. Dalam mikroskop elektron ini, kontras butiran imej dicipta oleh penyerakan pancaran elektron oleh atom sampel. Bahagian sampel yang lebih nipis atau kurang tumpat, pancaran elektron tersebar lebih sedikit, jadi lebih banyak elektron melalui apertur objektif, mengambil bahagian dalam pengimejan, dan kelihatan lebih cerah dalam imej.
Sebaliknya, bahagian sampel yang lebih tebal atau lebih padat kelihatan lebih gelap dalam imej. Jika sampel terlalu tebal atau terlalu padat, kontras imej akan merosot atau rosak atau musnah dengan menyerap tenaga pancaran elektron. Bahagian atas tiub mikroskop elektron penghantaran ialah pistol elektron. Elektron dipancarkan oleh katod panas filamen tungsten dan melalui pemeluwap pertama dan kedua untuk memfokuskan pancaran elektron.
Selepas melalui sampel, pancaran elektron diimej pada cermin perantaraan oleh kanta objektif, dan kemudian dibesarkan langkah demi langkah melalui cermin perantaraan dan cermin unjuran, dan kemudian diimej pada skrin pendarfluor atau plat kering fotografi. Cermin perantaraan terutamanya melaraskan arus pengujaan, dan pembesaran boleh terus ditukar daripada berpuluh-puluh kali kepada ratusan ribu kali; dengan menukar jarak fokus cermin perantaraan, imej mikroskop elektron dan imej pembelauan elektron boleh diperolehi pada bahagian kecil sampel yang sama. .
Untuk mengkaji sampel kepingan logam yang lebih tebal, Makmal Optik Elektron Dulos Perancis telah membangunkan mikroskop elektron voltan ultra tinggi dengan voltan pecutan 3500 kV. Rasuk elektron mikroskop elektron pengimbasan tidak melalui sampel, tetapi hanya mengimbas dan merangsang elektron sekunder pada permukaan sampel. Kristal kilauan yang diletakkan di sebelah sampel menerima elektron sekunder ini dan memodulasi keamatan pancaran elektron tiub gambar selepas penguatan, dengan itu menukar kecerahan pada skrin tiub gambar.
Kuk pesongan tiub gambar terus mengimbas secara serentak dengan pancaran elektron pada permukaan sampel, supaya skrin pendarfluor tiub gambar memaparkan imej topografi permukaan sampel, yang serupa dengan prinsip kerja televisyen industri. Resolusi mikroskop elektron pengimbasan ditentukan terutamanya oleh diameter pancaran elektron pada permukaan sampel.
Pembesaran ialah nisbah amplitud pengimbasan pada tiub gambar kepada amplitud pengimbasan pada sampel, yang boleh ditukar secara berterusan daripada berpuluh-puluh kali kepada ratusan ribu kali. Mengimbas mikroskop elektron tidak memerlukan sampel yang sangat nipis; imej mempunyai kesan tiga dimensi yang kuat; ia boleh menganalisis komposisi jirim menggunakan maklumat seperti elektron sekunder, elektron yang diserap dan sinar-X yang dihasilkan oleh interaksi pancaran elektron dengan jirim.
Pistol elektron dan pemeluwap mikroskop elektron pengimbasan adalah lebih kurang sama dengan mikroskop elektron penghantaran, tetapi untuk menjadikan pancaran elektron lebih nipis, kanta objektif dan astigmatisme ditambah di bawah kanta pemeluwap, dan dua set saling imbasan serenjang juga dipasang di dalam kanta objektif. gegelung. Ruang sampel di bawah kanta objektif menempatkan peringkat sampel yang boleh digerakkan, diputar dan dicondongkan.
